制備個人護理應用方(fang)面的(de)(de)噴(pen)霧產品對(dui)于配方(fang)師來說(shuo)(shuo)是(shi)個很大的(de)(de)挑(tiao)戰(zhan)。產品要求在霧化(hua)容(rong)易的(de)(de)同時，最佳尺寸范圍(wei)的(de)(de)乳(ru)化(hua)液滴要確保足夠數量在目標區域上(shang)的(de)(de)沉(chen)積(ji)，但也需避免形成小(xiao)(xiao)液滴(小(xiao)(xiao)于100μM)來減(jian)小(xiao)(xiao)噴(pen)射漂移。后者對(dui)使(shi)用者來說(shuo)(shuo)也是(shi)一種潛在的(de)(de)危險(小(xiao)(xiao)液滴可能會導(dao)致(zhi)吸入口中)，也可能造成噴(pen)射產品的(de)(de)效能降低。

為了滿足以上(shang)的(de)需求(qiu)，噴射乳液的(de)配方必(bi)須保證符(fu)合以下(xia)的(de)標(biao)準:1.最合適的(de)液滴尺寸分布(bu)，確保在目(mu)標(biao)區(qu)域上(shang)的(de)最大沉積和(he)附(fu)著(zhu)，而(er)且無(wu)漂移現象(xiang);2.在目(mu)標(biao)區(qu)域表面(mian)的(de)良好(hao)涂布(bu)性(xing)和(he)膚感(gan)。以上(shang)兩個標(biao)準要(yao)求(qiu)表面(mian)活性(xing)劑在氣/液界面(mian)迅(xun)速吸附(fu)(降低(di)動力學(xue)表面(mian)張力)。然而(er)，這(zhe)個表面(mian)張力不能低(di)于臨界值，從(cong)而(er)可(ke)以防止乳化液滴尺寸過小(xiao)而(er)產生(sheng)漂移。

噴霧液滴的形成原理

在噴(pen)(pen)射過程中(zhong)，液(ye)(ye)體被壓經噴(pen)(pen)嘴，并在靜力(li)(li)學壓力(li)(li)下形(xing)成(cheng)液(ye)(ye)滴(di)(di)。高于某個靜力(li)(li)學壓力(li)(li)值，液(ye)(ye)體通過噴(pen)(pen)嘴形(xing)成(cheng)連(lian)續(xu)噴(pen)(pen)射，而(er)后分散(san)成(cheng)小(xiao)液(ye)(ye)滴(di)(di)。這個連(lian)續(xu)噴(pen)(pen)射，而(er)后分散(san)成(cheng)小(xiao)液(ye)(ye)滴(di)(di)的過程是受到表(biao)(biao)面(mian)(mian)壓力(li)(li)的結(jie)果。球(qiu)形(xing)的表(biao)(biao)面(mian)(mian)積和它(ta)的表(biao)(biao)面(mian)(mian)自由能(表(biao)(biao)面(mian)(mian)積×表(biao)(biao)面(mian)(mian)張力(li)(li))小(xiao)于其他對稱體。因(yin)此，少(shao)量的其它(ta)形(xing)狀的液(ye)(ye)滴(di)(di)將會形(xing)成(cheng)更小(xiao)的球(qiu)形(xing)液(ye)(ye)滴(di)(di)。

動態表面張力與粒徑的關系

表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面活(huo)性劑(ji)(ji)(ji)和(he)聚合物對(dui)于噴霧液(ye)(ye)滴(di)(di)尺(chi)(chi)寸(cun)分(fen)布的(de)(de)(de)(de)(de)影響，在于他們對(dui)于表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面張(zhang)力(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)影響，表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面張(zhang)力(li)(li)一定(ding)程度(du)上推動著霧化的(de)(de)(de)(de)(de)產生。因(yin)(yin)為(wei)表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面活(huo)性劑(ji)(ji)(ji)降(jiang)低(di)(di)了水的(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面張(zhang)力(li)(li)，會形成(cheng)粒徑更小的(de)(de)(de)(de)(de)液(ye)(ye)滴(di)(di)。配方(fang)中(zhong)含表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面活(huo)性劑(ji)(ji)(ji)，幫助降(jiang)低(di)(di)表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面張(zhang)力(li)(li)，其霧化所需要的(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)量比(bi)(bi)不(bu)(bu)含表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面活(huo)性劑(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)產品要少。因(yin)(yin)此(ci)，同樣的(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)量輸入，會得到(dao)更小尺(chi)(chi)寸(cun)的(de)(de)(de)(de)(de)液(ye)(ye)滴(di)(di)。然而，實際情況并不(bu)(bu)是這(zhe)樣簡單。在霧化的(de)(de)(de)(de)(de)過程中(zhong)，會不(bu)(bu)斷(duan)形成(cheng)新液(ye)(ye)體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面。這(zhe)種溶液(ye)(ye)的(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面張(zhang)力(li)(li)，依賴(lai)于形成(cheng)新界(jie)面的(de)(de)(de)(de)(de)時(shi)(shi)間(jian)(jian)與(yu)表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面活(huo)性劑(ji)(ji)(ji)從溶液(ye)(ye)內部遷(qian)移到(dao)氣/液(ye)(ye)表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面的(de)(de)(de)(de)(de)吸(xi)附(fu)速(su)度(du)和(he)擴散速(su)度(du)。如(ru)果形成(cheng)新界(jie)面的(de)(de)(de)(de)(de)時(shi)(shi)間(jian)(jian)比(bi)(bi)表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面活(huo)性劑(ji)(ji)(ji)擴散和(he)吸(xi)附(fu)的(de)(de)(de)(de)(de)速(su)度(du)快，那(nei)(nei)么噴霧液(ye)(ye)體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面張(zhang)力(li)(li)不(bu)(bu)會比(bi)(bi)純水大很多(duo)，會形成(cheng)大尺(chi)(chi)寸(cun)液(ye)(ye)滴(di)(di)。相反，如(ru)果形成(cheng)新界(jie)面的(de)(de)(de)(de)(de)時(shi)(shi)間(jian)(jian)比(bi)(bi)表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面活(huo)性劑(ji)(ji)(ji)吸(xi)附(fu)的(de)(de)(de)(de)(de)速(su)度(du)慢，那(nei)(nei)么噴霧液(ye)(ye)體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面張(zhang)力(li)(li)會進一步降(jiang)低(di)(di)，形成(cheng)較(jiao)小的(de)(de)(de)(de)(de)液(ye)(ye)滴(di)(di)尺(chi)(chi)寸(cun)。

圖1顯示兩(liang)個不同(tong)表(biao)面(mian)(mian)活(huo)性(xing)劑體系A和B在(zai)不同(tong)吸附速度下，隨時(shi)間(jian)t而變(bian)化的表(biao)面(mian)(mian)張力(li)γ，也可(ke)(ke)以(yi)叫(jiao)作動(dong)態表(biao)面(mian)(mian)張力(li)。這些(xie)曲線可(ke)(ke)以(yi)通過使用KRüSS最大(da)(da)氣泡(pao)壓(ya)力(li)法來(lai)測(ce)量。氣泡(pao)在(zai)表(biao)面(mian)(mian)活(huo)性(xing)劑溶液中以(yi)不同(tong)的頻率(lv)形成，控(kong)制(zhi)氣泡(pao)形成的時(shi)間(jian)并且測(ce)量氣泡(pao)中所產生的最大(da)(da)壓(ya)強，可(ke)(ke)以(yi)得到不同(tong)時(shi)間(jian)下的表(biao)面(mian)(mian)張力(li)。在(zai)短時(shi)間(jian)內，觀察到表(biao)面(mian)(mian)活(huo)性(xing)劑體系B比A的體系所帶(dai)來(lai)的表(biao)面(mian)(mian)張力(li)更小(xiao)。

許多體系(xi)的(de)動態表(biao)面(mian)(mian)張(zhang)(zhang)(zhang)力(li)和時間(jian)對(dui)數的(de)曲線可分為4個階段(duan)：誘導(dao)區(qu)(qu)(qu)、表(biao)面(mian)(mian)張(zhang)(zhang)(zhang)力(li)快速(su)下(xia)降區(qu)(qu)(qu)、介平(ping)衡(heng)區(qu)(qu)(qu)和平(ping)衡(heng)區(qu)(qu)(qu)。在誘導(dao)區(qu)(qu)(qu)，由(you)于(yu)吸(xi)附(fu)(fu)在界面(mian)(mian)層上(shang)(shang)的(de)助劑質量濃度(du)太低，溶(rong)(rong)液的(de)表(biao)面(mian)(mian)張(zhang)(zhang)(zhang)力(li)較大；隨著(zhu)(zhu)助劑大量被吸(xi)附(fu)(fu)到溶(rong)(rong)液表(biao)面(mian)(mian)，表(biao)面(mian)(mian)張(zhang)(zhang)(zhang)力(li)急劇降低，就形成(cheng)了(le)快速(su)下(xia)降區(qu)(qu)(qu)；而隨著(zhu)(zhu)溶(rong)(rong)液表(biao)面(mian)(mian)助劑分子的(de)積累，吸(xi)附(fu)(fu)接近飽和時吸(xi)附(fu)(fu)速(su)度(du)變(bian)慢(man)，就形成(cheng)了(le)介平(ping)衡(heng)區(qu)(qu)(qu)；足夠長(chang)的(de)時間(jian)后(hou)當表(biao)面(mian)(mian)吸(xi)附(fu)(fu)達(da)(da)到飽和體系(xi)進入動態平(ping)衡(heng)階段(duan)表(biao)面(mian)(mian)張(zhang)(zhang)(zhang)力(li)達(da)(da)到平(ping)衡(heng)，此即為平(ping)衡(heng)表(biao)面(mian)(mian)張(zhang)(zhang)(zhang)力(li)。表(biao)面(mian)(mian)活(huo)性(xing)劑種類和質量濃度(du)不(bu)(bu)同(tong)，其溶(rong)(rong)液體系(xi)達(da)(da)到上(shang)(shang)述各階段(duan)所需時間(jian)不(bu)(bu)同(tong)，表(biao)現為各溶(rong)(rong)液體系(xi)間(jian)動態表(biao)面(mian)(mian)活(huo)性(xing)的(de)差異。

從線性相關(guan)性關(guan)系的角(jiao)度上來(lai)(lai)說，時間(jian)指(zhi)標(biao)越小，動態(tai)(tai)表面(mian)張力與霧(wu)(wu)(wu)滴指(zhi)標(biao)之間(jian)的關(guan)系越傾(qing)向于線性狀態(tai)(tai)，可以(yi)通過(guo)測試表面(mian)活(huo)性劑體系的動態(tai)(tai)表面(mian)張力來(lai)(lai)優(you)化霧(wu)(wu)(wu)滴尺寸(cun)和粒(li)徑(jing)。傳統(tong)意義上采用靜(jing)態(tai)(tai)表面(mian)張力為(wei)指(zhi)標(biao)研(yan)究(jiu)霧(wu)(wu)(wu)滴形成的方(fang)式并不(bu)合理，在有(you)關(guan)噴霧(wu)(wu)(wu)的實踐(jian)工作(zuo)(zuo)過(guo)程當中，選取動態(tai)(tai)表面(mian)張力作(zuo)(zuo)為(wei)研(yan)究(jiu)指(zhi)標(biao)有(you)著更為(wei)顯著的優(you)勢。

圖(tu)2.動態表面吸附(fu)曲線圖(tu)

動態表面張力與粒徑關系的示例

圖(tu)3.不同(tong)表(biao)面活性劑溶液的動態表(biao)面張力曲線

表(biao)1.不(bu)同(tong)表(biao)面活性劑(ji)溶液的粒徑分(fen)布

從圖3和(he)表1示(shi)例曲線可(ke)以(yi)明顯看(kan)到，可(ke)以(yi)通過(guo)控制動(dong)態(tai)表面張力來優化霧滴(di)的(de)粒徑，張力在一定時間內(nei)下降的(de)越快，霧滴(di)粒徑越細膩。為了避免霧滴(di)尺寸過(guo)小而產生(sheng)霧滴(di)的(de)漂(piao)移，可(ke)以(yi)將表面活性劑的(de)張力調控在一定范(fan)圍。

在(zai)實際(ji)生產中，噴(pen)(pen)頭尺寸、噴(pen)(pen)霧(wu)壓力(li)(li)也是(shi)改變(bian)噴(pen)(pen)量、霧(wu)滴粒徑(jing)的重要手段之一。本文(wen)僅討論了動態表(biao)面張力(li)(li)的改變(bian)對(dui)噴(pen)(pen)霧(wu)粒徑(jing)的影響，期望(wang)能為(wei)配方(fang)設計工作者提供合(he)適(shi)的思路(lu)。